Аберрация — понятие и виды¶

Аберрация (от лат. aberratio — «отклонение») — термин, обозначающий отклонение от нормы, искажение или отклонение хода луча, изображения либо сигнала. В широком смысле аберрация — это любое систематическое отклонение реального процесса от идеальной, теоретической модели. Термин применяется в оптике, астрономии, акустике, электронике, биологии и других областях.

¶Оптическая аберрация

Наиболее раннее и строгое значение термина связано с оптикой. Оптическая аберрация — это искажение изображения, возникающее из-за несовершенства оптической системы (линзы, зеркала, объектива). Идеальная линза формирует точечное изображение точечного источника, однако реальные линзы всегда дают некоторое расфокусирование и искажение.

¶Хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация возникает из-за того, что показатель преломления стекла зависит от длины волны света. Разные цвета фокусируются в разных точках, из-за чего на изображении появляются цветные каймы. Различают поперечную (боковую) хроматическую аберрацию, проявляющуюся в виде цветной окантовки по краям кадра, и продольную (осевую), при которой разные цвета фокусируются на разном расстоянии от линзы.

¶Сферическая аберрация

Сферическая аберрация связана с формой поверхности линзы. Краевые зоны линзы преломляют лучи сильнее, чем центральная, поэтому лучи, проходящие через разные зоны, сходятся в разных точках оптической оси. Для устранения применяют асферические линзы и комбинации линз.

¶Кома

Кома — аберрация, при которой точечный источник, расположенный вне оптической оси, изображается в виде пятна, напоминающего хвост кометы. Название происходит от греческого слова «волос».

¶Астигматизм

Астигматизм оптической системы — аберрация, при которой лучи, идущие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, фокусируются в разных точках. В результате точечный источник изображается в виде отрезка или овала.

¶Искажение поля (дисторсия)

Дисторсия — искажение формы объекта: прямые линии изображаются изогнутыми. Различают подушкообразную и бочкообразную дисторсию. Этот тип аберрации не устраняется остановкой диафрагмы.

¶Кривизна поля

Кривизна поля Пецваля — аберрация, при которой плоский предмет изображается на изогнутой поверхности. Из-за этого невозможно одновременно получить резкое изображение по всей площади плоского объекта.

¶Астрономическая аберрация

В астрономии аберрация света — это apparentное смещение положения небесного тела, обусловленное движением наблюдателя. Открыта Джеймсом Брэдли в 1729 году при попытке обнаружить годичное параллаксическое смещение звёзд.

Аберрация света бывает:

• Годичная (орбитальная) — вызвана движением Земли вокруг Солнца. Максимальное смещение составляет около 20,5 угловых секунд. Именно эта величина позволила Брэдли окончательно подтвердить гелиоцентрическую систему.
• Суточная — вызвана вращением Земли вокруг своей оси. Максимальное смещение не превышает 0,32 угловой секунды.
• Планетная — общее название аберраций, обусловленных движением планеты как целого.

Важно, что астрономическая аберрация не зависит от расстояния до звезды и зависит только от скорости наблюдателя относительно источника света.

¶Аберрация в других областях

¶Акустическая аберрация

В акустике и ультразвуковой диагностике аберрацией называют искажение формы волнового фронта при прохождении через неоднородную среду. Различная скорость звука в тканях приводит к расфокусировке ультразвукового пучка и ухудшению качества изображения.

¶Аберрация в электронике

В электронных микроскопах и катодно-лучевых трубках аберрациями называют искажения траекторий электронов в электрических и магнитных полях линз, ограничивающие разрешающую способность прибора.

¶Аберрация в биологии

В биологии и медицине аберрацией называют любое отклонение от нормального строения или функции — например, хромосомную аберрацию (нарушение структуры хромосомы).

¶Значение термина

В повседневной речи слово «аберрация» употребляется в переносном смысле как синоним слова «отклонение» — например, «временная аберрация» означает кратковременное отклонение от обычного поведения. В научном языке термин сохраняет строгое значение: систематическое искажение, обусловленное свойствами системы или условий наблюдения.

¶Историческая справка

Понятие аберрации в оптике было сформулировано в XVII веке в связи с работами по теории линз. Открытие астрономической аберрации Брэдли стало одним из ключевых доказательств вращения Земли вокруг Солнца. В XX веке с развитием телескопов и электронных микроскопов проблема аберраций приобрела прикладное значение: коррекция аберраций лежит в основе создания высокоточных оптических систем.

Источники:

• Бродский В. А. «Астрономия», учебник
• Тарасов Л. В. «Астрофизика», учебник для вузов
• Гуревич М. М. «Теория астрофизических наблюдений», учебное пособие
• Грановский В. А. «Курс астрономии», учебник
• ГОСТ и справочная литература по оптике